TDD－HSDPA基本原理知识讲义

1、TD-SCDMAHSDPA 基本原理前 言基于3GPP R4版本的TD-SCDMA接入网可以提供高达数百Kbps的传输速率，能够支持WEB浏览、下载和视频等中速PS业务但是这样的峰值速率仍不能为用户带来明显区别于2G、2.5G网络的使用体验；同时，专用信道的资源占用方式，导致以突发为特点的PS域应用对无线资源的利用效率不高引入TDDHSDPA技术的目的，是提供更高的接入速率、更高的资源利用率培训目标学完本课程后，您应该能：阐明TDDHSDPA的技术特点列出TDDHSDPA采用的关键技术结合HSDPA工作流程，描述TDDHSDPA新增物理信道的功能了解HSDPA的终端能力等级目 录TDDHSDP

2、A技术特点TDDHSDPA关键技术TDDHSDPA无线接口物理层目 录TDDHSDPA技术特点TDDHSDPA关键技术TDDHSDPA无线接口物理层引入HSDPA的必要性基于3GPP R4版本的TD-SCDMA接入网系统容量受限于下行容量，主要体现在：系统单载波理论最大下行容量较小：128Kbps/时隙最多5个时隙640kbps/载波目前的信道配置方式，在数据业务的突发和低活动性特征，使下行容量的实际利用率非常低，进一步加剧了下行容量受限的矛盾HSDPA技术特点HSDPA（ High Speed Downlink Packet Access）通过一系列关键技术，实现了下行的高速数据传输在物理层

3、采用HARQ和AMC等链路自适应技术引入高阶调制（16QAM）提高频谱利用率通过采用以上技术，单载波容量大大增加：理论最大下行容量达到560Kbps/时隙最多5个时隙2.8Mbps/载波引入新的共享物理信道，多个用户可以共享资源引入快速数据调度算法，每5ms可对用户资源重新分配一次通过采用以上技术，极大地提高了用户下行瞬时速率，提高小区整体吞吐率目 录TDDHSDPA技术特点TDDHSDPA关键技术TDDHSDPA无线接口物理层AMC自适应调制和编码Fast Scheduling快速调度16QAM 调制HARQ（Hybrid ARQ）混合自动重传TD-SCDMA HSDPA 关键技术AMC自适

4、应调制和编码引入AMC (Adaptive Modulation and Coding) 的原因无线信道具有很强的时变性，对这种时变特性进行自适应跟踪会给系统性能的改善带来极大的好处引入更多编码方式和调制方式，使系统能够通过改变编码方式和调制方式对链路变化进行自适应跟踪系统仿真表明，采用AMC的系统可提高大约20的平均吞吐率AMC原理AMC基于信道质量的信息反馈，即Channel Quality Feedback (CQI)UE 测量信道质量 (SNR) 报告 (每5ms或更长周期) 给Node-BNode-B 基于CQI来选择调制方案，数据块大小和数据速率好的信道条件 减少冗余编码，甚至不需

5、要冗余编码；16QAM坏的信道条件 增加更多冗余编码；QPSKAMC技术实现AMC的优点：处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，提高小区平均吞吐率相对于改变发射功率进行链路自适应的方案，AMC的干扰更小，效果更好附加CRC分组数据尾比特Tubro编码速率匹配交织M阶QAMAMCDEMUXAMC自适应调制和编码Fast Scheduling快速调度16QAM 调制HARQ（Hybrid ARQ）混合自动重传TD-SCDMA HSDPA 关键技术16QAM16正交幅度调制16QAM: 4 bits/相位QI00000001100110001010101111101111010011001101

6、00100110011100110101QI00100111QPSK: 2 bits/相位编码和调制对速率的影响对于R4一个时隙含有两个数据块，共3522704个chipsSF=1时，单时隙的符号数达到理论最大值：704个符号在QPSK调制方式下，单的时隙最大理论速率：704*2/5ms281.4kbps采用1/3Turbo编码，经过速率适配后，实际的单时隙速率为128kbps数据352chipsGP16数据352chips864chipsMidamble编码和调制对速率的影响对于HSDPA一个时隙含有两个数据块，共3522704个chipsSF=1时，单时隙的符号数达到理论最大值：704个符

7、号在16QAM调制方式下，单时隙最大理论速率704*4/5ms562.8kbps采用AMC技术后，信道条件好时不需要增加冗余编码，单时隙速率可以达到562.8kbps上、下行时隙1:5配置时，最大理论速率：562.8k52.814MbpsAMC自适应调制和编码Fast Scheduling快速调度16QAM 调制HARQ（Hybrid ARQ）混合自动重传TD-SCDMA HSDPA 关键技术HARQ混合自动重传HAQRARQFECARQ (Automatic Repeat reQuest)：依靠错码检测和重发请求来保证信号质量，特点是“只传不纠”FEC (Forward Error Corr

8、ection )：根据接收数据中冗余信息来进行纠错，特点是“只纠不传”HARQ技术综合了FEC与ARQ的优点，避免了FEC需要复杂的译码设备和ARQ方式信息连贯性差的缺点在信道条件比较好的情况下，HARQ可以起到信道编码同样的作用，而且效率更高HARQ的工作原理Node BUEProcess1 (data)Process2(data)Process 1 ACKProcess 3 (data)Process 2 ACK5ms5ms5ms5msProcess1 (data)接收端有一定的缓存器 (Buffer) ，用于保留接收到的数据，以便后续进行数据合并这种方式有益于减少重传时间，从而提高小区吞

9、吐量HARQ的类型I型HARQ即传统的ARQ接收端在纠错不成功后，将接收到的包完全丢弃，并要求发端重传II型HARQ Incremental Redundancy 递增冗余接收到的错误数据包不会立即被丢弃，待重传的数据包收到，和错误的数据包合并后再进行译码II型HARQ缺点：重传数据是冗余信息，不包括系统比特，当第一次传输的数据包被严重破坏，将无法恢复系统比特III型HARQ Chase Combining（chase博士最早提出）对II型HARQ进行了改进，重传的码字具有自解码的能力，并不依赖于第一次传输的数据TD-SCDMA系统中用到II&III型AMC自适应调制和编码Fast Sched

10、uling快速调度16QAM 调制HARQ（Hybrid ARQ）混合自动重传TD-SCDMA HSDPA 关键技术Fast Scheduling快速调度算法调度，就是确定应该给哪些用户、以多大速率发送数据 调度基本原则在短期内，以信道条件为主；在长期内，应兼顾到对所有用户的吞吐量和公平性常用调度算法 轮寻算法 Round Robin (RR) ：“大锅饭”最大载干比算法 (Max C/I)：“强者恒强”正比公平算法 Proportional Fair (PF)：“和谐社会”轮询算法RR小区内的用户按照某种确定的顺序，循环占用无线资源来进行通信优点：不仅可以保证用户间的长期公平性，还可以保证用

11、户的短期公平性，而且算法实现简单缺点：由于没有考虑到不同用户无线信道的具体情况，因此系统吞吐量很低RR算法具有公平性的上界和算法性能的下界UE2UE2UE1UE1UE2UE2UE1UE1UE1UE2最大C/I算法对所有待服务移动台依据其接收信号C/I预测值进行排序，并按照从大到小的顺序进行发送优点：整体小区吞吐量最大，效率最高，特别适用于服务用户集中在NodeB附近的场景缺点：处于小区边缘的用户的由于C/I较低，将得不到服务机会，甚至出现所谓“饿死现象”最大C/I算法所得到的系统吞吐量可以作为其它调度算法的上界UE2UE1UE1UE1UE1UE1UE1UE1UE1UE2正比公平算法PF根据用户

12、的信道条件和其平均吞吐量进行优先权设置，兼顾系统“效率”与用户“公平” 从统计意义上来看，每个用户分配的资源是相同的，而系统容量高于RR，接近Max C/I，适合于大部分应用场景UE1UE2吞吐量公平性目 录TDDHSDPA技术特点TDDHSDPA关键技术TDDHSDPA无线接口物理层PHYMACRLCPHYL1L2DSCHFPL1L2DSCHFPMAC-c/shL1L2DSCHFPL1L2DSCHFPMAC-dRLCUuIubIurUENode-BCRNCSRNCMAC-hsHS-DSCHFPHS-DSCHFPHS-DSCHFPHS-DSCHFPPHY在Node-B上新增MAC-hs （实现

13、HARQ，AMC 和调度等功能）Uu：新增3物理信道，即HS-PDSCH（下行数据），HS-SCCH（下行控制信令），HS-SICH（上行控制信令）Iub，Iur：HS-DSCH FP（下行数据）HSDPA协议栈的改变MAC_hs 层实现HS-DSCHAssociatedUplinkSignallingAssociatedDownlinkSignallingDCCHDTCHDTCHMAC Control MAC ControlCCCHCTCHBCCHPCCHMAC ControlMAC-hs(Node-B)RRC (RNC)RLC (RNC)HS-PDSCHFACHS-CCPCHRACHPRA

14、CHDSCHPDSCHDCHDPCHUSCHPUSCHPCHS-CCPCHHS-SICHHS-SCCHMAC-c/sh(CRNC)DCHDPCHL1: Channel Coding / Multiplexing (Node-B)R5 L1(HSDPA) (Node-B)MAC-d(SRNC)Flow ControlScheduling/Priority HandlingHARQTFRC selectionHSDPA传输信道高速下行共享信道HS-DSCH高速下行共享信道（HS-DSCH）是下行传输信道，可以由一个或多个UE通过时分复用（TDM）和码分复用（CDM）共享HS-DSCH在整个小区，或

15、者在小区部分覆盖区域赋形发送HSDPA物理信道1高速物理下行共享信道 HS-PDSCH承载传输信道HS-DSCH，用于发送用户数据，信道资源被所有HSDPA用户共享扩频因子：通常SF16；当整个时隙资源给一个用户时，SF1调制方式：QPSK或者16QAM时隙格式：无TFCI、TPC、SS不支持动态功率控制全小区发射，或者在小区部分区域赋型发射数据352chipsGP16数据352chips864chipsMidambleHS-PDSCH信道的下行专用伴随信道DPCH用于HSDPA用户传递下行物理层控制信息（TPC和SS命令）每个HSDPA用户需要配置一条伴随DPCH扩频因子：SF16调制方式：

16、QPSK时隙格式：有TFCI、TPC和SS，一般没有业务数据并发业务（HSDPA上网语音业务）时，也可以承载AMR语音业务GP16864chipsMidamble S S T P CTFCITFCIHSDPA物理信道2下行高速共享控制信道 HS-SCCH用于承载HS-DSCH高层控制信息，被所有HSDPA用户共享UE-ID：用于标识当前控制信息的所属UE在一个传输时间间隔（TTI）里，每个HS-SCCH只为一个UE承载HS-DSCH相关的下行控制信令UE监视HS-SCCH信道（最多可监视4个HS-SCCH），寻找属于自己的控制信息；当UE获得此控制信息后，才能接收HS-PDSCH的数据TFRI

17、：用于标识码和时隙的分配信息、调制方案、传输块大小为了实现的方便，可用的信道化码必须连续分配HARQ信息：HARQ进程个数、冗余版本、新数据指示冗余版本信息指示HARQ类型：I型，II型或III型新数据指示信息指示此数据是新数据还是重发数据HSDPA物理信道2下行高速共享控制信道 HS-SCCH (续)一个HS-SCCH信道占用两个码道，定义为HS-SCCH1和HS-SCCH2扩频因子：SF16调制方式：QPSK时隙格式：无TFCI；有TPC和SS（ HS-SCCH2 没有这两部分）支持动态功率控制全小区发射数据352chipsGP16数据 320chips864chipsMidamble S

18、 S T P CHSDPA物理信道3上行高速共享信息信道 HS-SICH用于反馈相关上行信息，主要包括应答/非应答 (ACK/NACK) 和信道质量指示CQI，被所有HSDPA用户共享ACK/NACK：指示数据是否正确；UE反馈NACK时需要重传数据CQI：信道质量指示，包括推荐调制格式 (RMF) 和推荐传输块大小 (RTBS)信道质量估计在UE端完成，通过测量PCCPCH的信号质量实现根据估计结果，UE按照协议确定的CQI映射表反馈CQI的值（130，详细内容可参考3GPP TS25.214协议 “CQI Tables”的内容）HSDPA物理信道3上行高速共享信息信道 HS-SICH (续

19、)HS-SICH一般配置到TS1，和HS-SCCH信道成对配置扩频因子：SF16调制方式：QPSK时隙格式：无TFCI；有TPC和SS，支持动态功率控制HS-SICH也需要保持上行同步初始同步来于上行DPCH，同步的保持根据HS-SCCH或伴随下行DPCH上的SS命令数据352chipsGP16数据 320chips864chipsMidamble S S T P CNode BRNCUE5. ACK/NACK（ on HS-SICH）6. 数据包+重传（如果需要） （on HS-PDSCH）数据包2. 调度并确定HS-DSCH参数3. 发送HS-DSCH参数（ on HS-SCCH） 和 数

20、据（ on HS-PDSCH）4. 检测HS-DSCH参数，如果有发送给自己的信息，则开始接收、存储和解调数据1. CQI（ on HS-SICH） HSDPA数据传输流程HSDPA物理信道配置原则HSDPA和语音业务可以同时配置在多个载频上，也可以配置在不同载频上时隙比例（UL:DL）CS资源（等效AMR）小区最大吞吐量（PS）适用场景3:3N（0 22）N（01.6M)数据需求较小地区2:4N（0 14）N（02.2M）数据需求较大业务1:5N（0 6）N（02.8M）数据业务繁忙地区N：小区载波数量HSDPA物理信道配置示例：1:5PCCPCHPCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCP

21、CHSCCPCHPICHFPACHTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6PICHPRACHHS-SICHHS-SICHHS-SCCHHS-SCCHHS-SCCHHS-SCCHHS-PDSCH2.24MbpsHSDPA各物理信道定时关系 HS-SICHHS-SCCHHS-PDSCH 1.HS-PDSCH NTS0 TS1 TS2 TS6 子帧0#，5msTS0 TS1 TS2 TS3 子帧1#，5msTS0 TS1 TS2 TS6 子帧2#，5ms无线帧0#，10ms无线帧1#1.2.3.间隔至少3个时隙间隔至少9个时隙.或者 2.CategoryHS-PDSCH 每时隙最大码道数 (SF1

22、6)支持的时隙数量HARQ缓存（单位：符号）调制方式最大峰值速率Category 116211264QPSK560KbpsCategory 216222528QPSK560KbpsCategory 316233792QPSK560KbpsCategory 416222528QPSK & 16QAM1MbpsCategory 516245056QPSK & 16QAM1MbpsCategory 616267584QPSK & 16QAM1MbpsCategory 716333792QPSK & 16QAM1.6MbpsCategory 816367584QPSK & 16QAM1.6MbpsCa

23、tegory 9163101376QPSK & 16QAM1.6MbpsCategory 1016445056QPSK & 16QAM2.2MbpsCategory 1116490112QPSK & 16QAM2.2MbpsCategory 12164135168QPSK & 16QAM2.2MbpsCategory 1316556320QPSK & 16QAM2.8MbpsCategoryPSK & 16QAM2.8MbpsCategoryPSK & 16QAM2.8MbpsHSDPA终端能力HSDPA对NodeB的影响HSDPA对Iub接口传输带宽要求大大增加，可以采用IP传输，以便降低传输成本，提高传输效率基带